美国振兴电池储能制造业将面临重建产业链等多重挑战

近年来，美国的太阳能和储能行业面临着供应链和政策等方面的挑战，其中一些挑战显著地减少了太阳能发电设施和电池储能系统的部署。虽然这两个行业致力克服这些挑战，但必须牢记两个重要的教训：一是，如果没有强大的制造业基础，美国在充分发挥其太阳能和储能系统的潜力方面将继续面临障碍。二是，美国对进口产品的过度依赖是威胁其经济安全和能源安全的薄弱环节。

迅速摆脱对光伏组件和电池储能系统进口的过度依赖，并建立强大的太阳能和储能系统的制造行业奠定基础，对于美国持续的经济健康、全球竞争力和能源安全至关重要。

正如美国政府在2021年认识到的那样，储能行业是一个不断增长重要的的市场，可以为美国创造更多的就业机会，满足能源安全需求，并帮助其实现雄心勃勃的气候目标。为了开发这一潜力，美国必须大力投资电池储能制造业，包括支持从原材料生产到最终用途产品制造的电池储能供应链。

然而，要实现这些目标，需要制定一个能够平衡制造业和贸易的政策。历史表明，对进口产品征收关税，在总体上没有达到增加美国制造业产能的预期效果。就光伏组件和电池的关税而言，它们限制了太阳能发电设施和电池储能系统部署，这降低了投资光伏和电池储能制造业的可能性。征收关税将削弱美国光伏和电池储能制造业，例如301条款的关税涵盖了来自中国的大多数光伏产品，其中包括制造设备和各种难以在美国采购的产品。

有充分的证据表明，美国政府的产业政策可以拉动私营部门投资。在参考了多项研究之后，美国能源部得出这一结论:：大力补贴制造业和相关供应链等政策和实践；简化选址和审批程序；投资必要的制造基础设施；创建劳动力教育和培训项目；确保采购的环境条件有利于本国制造商，鼓励和支持能源部门获得本土的制造资源。

从历史上看，美国政府制定政策的重点是鼓励太阳能发电设施和电池储能系统部署。然而，随着《削减通胀法案》的通过，美国通过新的税收抵免、资助、低成本贷款、政府采购、研发支持和公私伙伴关系扩展了其激励计划，并将国内制造业纳入其中。

《削减通胀法案》有潜力极大地扩大美国的太阳能和储能制造业的规模。在电池储能方面，该法案鼓励相关厂商生产电极活性材料、电池单元和电池组。

虽然《削减通胀法案》可以使美国制造的电池在成本上与进口的电池产品进行竞争，但不能忽视制造经验、获得原材料、与盟友的合作伙伴关系，以及确保国内制造业成功的劳动力的重要性。

电池制造的概述

锂离子电池的关键部件包括电池阴极、阳极、隔膜和电解质。阴极原料（锂、镍、钴、锰、磷和铁的不同组合）需要开采出来，再加工成金属化学品(例如硫酸镍)，然后制造成阴极活性材料(CAM)。电池阳极主要由石墨制成，石墨可以从天然矿产中开采，也可以从石油副产品中提取。阴极活性材料(CAM)再结合添加剂和粘合剂，然后沉积在铝箔上。而阳极材料同样沉积在铜箔上。在电池内部充满了液体电解质，阴极和阳极由隔膜隔开。可以将多块电池组合构建电池组，用于电动汽车、电池储能系统或其他应用。

图1 电池储能系统供应链概述

电池储能系统需求的增长

在承诺投资新的制造业之前，美国的电池储能制造商需要合理保证其产品将有足够的需求。

储能系统可以增强电网的可靠性和弹性，能够通过套利来调节电价，满足夜间能源需求，降低弃电风险，提供电网黑启动能力，提供备用电源等等。这些优势吸引了希望增加新的收入来源的储能开发商。美国各州正越来越多地鼓励将电池储能系统与太阳能发电设施相结合。《削减通胀法案》还为太阳能+储能项目和独立部署的储能系统提供税收抵免。

可再生能源发电设施配套采用的储能技术主要是锂离子电池储能系统。在过去的几年里，电动汽车行业的崛起帮助降低了电池的成本，因为电池制造商扩大了制造规模以满足需求。经济效益、激励措施和降低成本等因素，使电池储能系统迅速成为太阳能在各个领域部署的组成部分。

在全球范围内，各种应用对电池的总需求将从2022年的约670GWh增长到2030年的4000GWh以上。其中，主要与可再生能源发电项目配套的电池储能系统的全球需求预计将从2022年的60GWh增加到2030年的约840GWh。在此期间，美国对电池储能系统的需求可能会增加6倍以上，从18GWh增加到119GWh。

图2 2022~2030年按电池应用划分的美国和自由贸易协定国家的电池需求预测

美国的锂离子电池制造能力

美国锂离子电池目前的产能为60GWh。然而，预计在未来五年内，美国新建的电池工厂将使其年产能增加到630GWh以上。考虑到与美国签署自由贸易协定的国家，如果每个建设电池工厂的声明都得以实现，那么美国和自由贸易协定国家制造的电池年产能将达到1,400GWh。然而，由于制造经验、劳动力、技术和财务等因素，并不是所有的声明都能实现。（注：自由贸易协定是两个或多个国家签署的旨在减少或消除运输和关税方面壁垒的协议）

在风险调整的基础上，预计美国和自由贸易协定国家的电池年产能将达到1,000GWh。

此外，目前美国的大部分电池用于电动汽车行业，只有10%的电池专用于非汽车应用，主要是电池储能系统。然而也有一些好处，因为25%的新建电池制造工厂并没有公开声明将服务于哪些市场，有可能将部分产能用于电池储能系统。

图3 美国和自由贸易协定国家电池制造工厂的产能（从2022到2030年）

成本竞争力

美国电池制造商必须能够提供满足用户需求的产品，以具有竞争力的价格销售，并始终如一地按时交付足够数量的高质量产品。影响这些电池制造工厂最终成功的因素包括技术专长、激励措施和原材料成本。

通常情下，电池制造工厂的初始产量可能是最终年产能的50%。与经验丰富的制造商相比，新进入者提高产量的速度通常较慢。相比之下，由于在电池生产方面的丰富经验，中国的电池产量可以达到最终年产能98%左右。因此，与经验丰富的制造商合作对于提高产量以及最终提高国产电池的成本竞争力至关重要。

材料成本对于电池的成本竞争力有着双重作用： 首先，电池制造中最主要的成本是材料成本，其中成本最昂贵的是用于生产阴极活性材料(CAM)的原材料。从2020年到2022年，碳酸锂的成本从6美元/kg上涨到70美元/kg。从这个角度来看，碳酸锂和氢氧化锂的价格每增加30美元/kg，电池的价格就会上涨25%。大规模采购这些材料将在降低原材料成本方面发挥关键作用。

其次，《削减通胀法案》对电池的生产激励可以将成本降低40%以上。然而，这些激励措施与美国国内含量和回收要求挂钩，并且这些要求将变得更加严格。美国的原材料和回收设施的可用性对其制造的电池成本竞争力产生重大影响，特别是在以后几年。如果电池制造工厂能够以合理的成本获得原材料，并将产量提高到90%，《削减通胀法案》就可以将美国制造的电池成本降到与进口电池相当的水平。

图4美国和中国从2023～2030年磷酸铁锂电池的年产能

获得原材料和加工材料

（1）原材料

生产锂离子电池的关键材料包括锂、磷和石墨。这些材料被加工成阴极活性材料和阳极活性材料，然后用于制造电池。

咨询机构CRU公司表示，到2030年，美国和自由贸易协定国家的锂矿、卤水和磷矿资源的开发应该足以满足制造电池的需求。美国需要进口大部分的这些原材料，其国内电池制造商必须与国外电池制造商在这方面进行竞争。例如，自由贸易协定国家的锂有很大一部分是运往中国市场的。

图5 美国和自由贸易协定国家到2030年在电池供应链中采购的各种原材料（千吨）

来自美国和自由贸易协定国家的磷矿的数量足以满足制造商的需求，但世界上70%以上的磷储量都在摩洛哥。美国制造商不仅要与国外电池制造商竞争，还要与其他行业竞争。另一个竞争行业是农业，因为磷是化肥的主要成分。

图6 2030年美国和自由贸易协定国家以及其他国家采购的磷（千吨）

石墨供应是美国电池行业的一个潜在瓶颈。在过去的五年中，60%以上的天然石墨来自中国。虽然美国目前没有天然石墨矿场，但如果各种正在开发的项目能够投产，加拿大和澳大利亚开采的石墨可以满足美国目前的大部分需求。然而，这些天然石墨来源不足以满足2030年美国的需求。因此，美国可能需要寻找合成石墨的来源，寻找天然石墨的国外来源，以及进口电池阳极。

图7 2030年美国和和自由贸易协定国家采购的石墨（千吨）

（2）加工材料

从2025年开始，对阴极活性材料和阳极活性材料的需求可能超过美国和自由贸易区国家的供应。如果没有对中游产能的重大投资，美国将需要转向非自由贸易协定国家来满足这一需求。

新增产能的时间表

新的电池储能制造工厂的选址、许可、建设以及投产都需要具有切实可行的时间表，这将影响到美国电池制造业扩大规模的速度。

新进入电池储能制造领域的厂商或那些希望建立新的制造流程的厂商，可能需要更长的开发时间来审查设备供应商、制造工厂并证明其实施能力。这些新进入者还需要时间来调试、校准和完善他们的制造工艺。如上所述，新进入者的电池成品率低至50%，而经验丰富的制造商的成品率为98%。

此外，鉴于美国目前几乎所有的电池储能供应链都依赖进口，与其他供应链更为成熟的国家相比，美国的电池储能系统的交货时间将更长。而且储能系统的部署时间也会影响制造商利用《削减通胀法案》提供激励的能力，因为要求每年都变得更加严格。

劳动力的发展

成功的电池储能制造业依赖于训练有素的劳动力。例如，新建电池工厂的初始产量可能只有50%，但随着制造工艺的成熟而增长。对于制造商来说，培训员工理解和执行这些工艺改进是至关重要的。

制造业不仅带来了高薪的工作机会，而且还能够帮助降低传统能源和制造业社区的失业率，并为服务不足和边缘化的社区带来更多的就业机会。而且许多工作不需要大学学位。

为了满足这一需求，电池储能行业必须像建设新工厂一样努力招聘、培训和留住劳动力。对电池储能供应链至关重要的角色包括机器操作人员、生产技术人员、采矿、化学和电气工程师。

在短期内，新工厂的投产运营和劳动力的培训将需要与技术专家合作，开发和创造尖端技术。从长远来看，制造业劳动力的增长取决于制造商、政府机构、教育机构和其他利益相关者之间的合作。工人获得技术技能需要教学和在职培训相结合。而学徒制也将为培训下一代制造业工人提供一条有用的途径。

多样性、公平、包容和正义

发展未来的制造业劳动力为建立一个更包容、更公正的能源经济提供了机会。利用供应商多样性数据库等现有工具，可以确保美国的太阳能和储能行业从广泛的人才库中获取资源，并使社区能够获得太阳能发电的好处。这些行业需要开发和推进奖学金、课程和实习项目，以创造多样化的人才管道。类似的项目已经存在于太阳能开发领域，而现在必须扩展到电池储能制造业。

电池储能制造业还应寻求与工会和社区团体建立伙伴关系，以确保公平获得学徒和其他高质量技能培养项目。此外，劳动力发展应该解决太阳能发电行业的性别失衡问题。这些努力对于传统上由男性主导的制造业和工程角色尤为重要。环境是另一个重要的考虑因素。该行业必须尽量减少生产设施所在社区的影响。电池储能制造商必须确保当地社区的参与，并在制造工厂选址和开发方面拥有发言权。此外，应将环境责任纳入产品生命周期的各个方面，从原材料到生命周期结束，可持续性目标应该每年通过环境，社会和治理报告进行衡量。推进碳减排战略、追求技术多样性以及减少太阳能供应链中关键矿物的使用也是重要的目标。

将多样性、公平、包容和正义的原则纳入生产有利于所有利益相关者，并有助于获得外部利益相关者的支持。而美国太阳能和电池储能制造业需要立即采取行动，朝着多元化和公平发展，充分发挥其潜力。

与美国的经济发展办公室合作

美国经济发展办公室提供关键的激励方案，将减少前期成本，加快进度。美国太阳能和电池储能制造商与美国经济发展办公室合作，也将为实现劳动力发展等其他目标提供了配套机会。其获得的三个主要的激励类别是：（1）税收激励；（2）劳动力发展；（3）选址和许可支持。国家层面的产业政策为从采矿和精炼到工厂和研发活动的供应链建设提供了关键的早期支持。

结论

美国振兴电池储能制造业行势在必行。市场需求的增长和美国政府在储能部署方面的一系列变革性投资已经产生了显著效果。

然而，美国电池储能供应链需要额外投资。必须认识到，美国建立本土电池储能价值链需要时间、战略投资、与经验丰富的制造商建立伙伴关系，以及与其他国家开展合作。美国政府为建立具有全球竞争力的美国储能产业基础提供了宝贵的政策工具，使这些政策的有效实施成为重中之重。